JP2011241760A - Motor-driven compressor, heat source machine, and method of controlling the heat source machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動圧縮機および熱源機における旋回失速およびサージングの対策技術に係り、特に、コスト増を招くことなく、旋回失速およびサージングをより確実に判断し得る電動圧縮機、熱源機およびその制御方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a countermeasure technology for turning stall and surging in an electric compressor and a heat source machine, and in particular, an electric compressor, a heat source machine and a control method thereof that can more reliably determine turning stall and surging without incurring an increase in cost. It is about.
熱源機として、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備え、冷媒通路を介してこれらを接続した冷凍サイクルを構成するものが知られている。このように、熱源機では回転機械(圧縮機)を備えるため、旋回失速やサージングが問題となる、ここで、サージング現象は、回転機械において比較的低回転域で負荷と仕事量のアンバランスから回転が不安定となり、性能が急激に低下して装置全体の振動・騒音が著しく増加するものである。また旋回失速は、回転機械の円環通路の一部が失速して、この失速領域が回転方向に一定速度で移動する現象である。なお、サージング現象が回転機械と管路系よりなる駆動系の自励振動であって、その発生と周期が管路系に依存するのに対し、旋回失速現象は管路系に無関係な回転機械自体の不安定現象であり、両者は全く異質の現象であることに留意する必要がある。 As a heat source device, a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, which constitute a refrigeration cycle in which these are connected via a refrigerant passage, are known. As described above, since the heat source device includes a rotating machine (compressor), the rotating stall and the surging become a problem. Here, the surging phenomenon is caused by an imbalance between the load and the work amount in a relatively low rotation region in the rotating machine. The rotation becomes unstable, the performance drops rapidly, and the vibration and noise of the entire apparatus increase remarkably. Further, the turning stall is a phenomenon in which a part of the annular passage of the rotating machine stalls and this stall region moves at a constant speed in the rotation direction. The surging phenomenon is a self-excited vibration of a drive system consisting of a rotating machine and a pipeline system, and its generation and period depend on the pipeline system, whereas the rotating stall phenomenon is a rotating machine that is unrelated to the pipeline system. It should be noted that these are unstable phenomena, and they are completely different phenomena.
回転機械(圧縮機)の旋回失速に対処する手法として、例えば、特開平5−340385号公報(特許文献1)に開示の「圧縮機の旋回失速防止装置」がある。この従来手法は、軸流圧縮機の流路内に旋回失速センサを設置し、該旋回失速センサからの信号に応じて、アクチュエータにより整流翼の取付角度を変え、円周方向速度の増速や軸流速度の増速を行い、流れを改善することにより旋回失速を防止するものである。 As a method for coping with the rotating stall of the rotating machine (compressor), for example, there is a “rotating stall preventing device for a compressor” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-340385 (Patent Document 1). In this conventional method, a rotating stall sensor is installed in the flow path of the axial compressor, and the mounting angle of the rectifying blade is changed by an actuator in accordance with a signal from the rotating stall sensor to increase the circumferential speed. The axial flow velocity is increased and the flow is improved to prevent the turning stall.
また、回転機械(送風機)のサージングに対処する手法として、例えば、特開平11−62887号公報(特許文献2)に開示の「送風機のサージング検出装置、検出方法及びサージング修正方法」がある。この従来手法は、送風機の駆動電流を採取し、該採取した電流値と該採取した電流の一定期間の移動平均値とを比較して、その差分が所定閾値を超えたときにサージング状態と判断し、送風機の吸気弁の開度制御により正常状態に修正するものである。 Further, as a technique for coping with surging of a rotating machine (blower), for example, there is a “blower surging detection device, detection method, and surging correction method” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-62887 (Patent Document 2). This conventional method collects the driving current of the blower, compares the collected current value with the moving average value of the collected current for a certain period, and determines that the surging state is found when the difference exceeds a predetermined threshold value. And it corrects to a normal state by the opening degree control of the intake valve of an air blower.
しかしながら、上述した特許文献1に開示された技術においては、圧縮機の旋回失速検出に専用のセンサと、それに付属する信号処理回路とを必要とし、装置コストが増大するという事情があった。また、旋回失速センサを圧縮機の流路内に設置する必要があるため、後から設置することが難しいという事情もある。
However, in the technique disclosed in
また、特許文献2に開示された技術においては、サージング検出が現在の電流値と現在から一定時間遡った期間の電流の移動平均値との比較に基づくものであり、比較する2つの値が時々刻々変動する値であるため、一定期間の設定方法やサージング状態の起こり方によってはサージング状態が検出されないおそれがあるという事情があった。また、旋回失速状態での電流変動の振幅はサージング状態での電流変動の振幅よりも小さいため、旋回失速が不検出となる確率はより高くなる。 In the technique disclosed in Patent Document 2, the surging detection is based on a comparison between the current value and the moving average value of the current in a period that is a certain time back from the current time. Since the value fluctuates from moment to moment, there is a possibility that the surging state may not be detected depending on the setting method for a certain period and how the surging state occurs. Further, since the amplitude of the current fluctuation in the turning stall state is smaller than the amplitude of the current fluctuation in the surging state, the probability that the turning stall is not detected becomes higher.
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、コスト増を招くことなく、旋回失速およびサージングをより確実に判断し得る電動圧縮機、熱源機およびその制御方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and provides an electric compressor, a heat source apparatus, and a control method thereof that can more reliably determine a rotating stall and a surging without incurring an increase in cost. It is an object.
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る電動圧縮機は、インバータと、前記インバータの周波数制御により駆動される電動機と、前記インバータに運転周波数指令を指示する制御手段と、を備えた電動圧縮機であって、前記インバータは、前記電動機の駆動電流を検出する電流検出手段を有し、前記制御手段は、前記運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記電流検出手段による電流値との比較により当該電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
An electric compressor according to the present invention is an electric compressor including an inverter, an electric motor driven by frequency control of the inverter, and a control unit that instructs an operating frequency command to the inverter. Current detection means for detecting the drive current of the motor, and the control means calculates a standard current value based on the operation frequency command, and compares the standard current value with the current value by the current detection means. It is determined whether or not the electric compressor is in a rotating stall state.
本発明によれば、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動(即ち、変動振幅や変動周期)を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、インバータ側での電動機の駆動電流検出はインバータ制御に供するためのもので新たに追加される構成要素ではなく、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。 According to the present invention, the fluctuation of the current value (that is, fluctuation amplitude and fluctuation period) is detected by comparison with a standard current value that is constant unless the operation frequency command is changed. A change in value can be detected, and a turning stall with a relatively small fluctuation amplitude can be determined more reliably. In addition, the drive current detection of the motor on the inverter side is for inverter control and is not a newly added component, and no additional hardware is required to apply the present invention. It does not lead to an increase of.
また、本発明は、上記記載の電動圧縮機において、前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令、前記インバータの電圧−周波数特性、前記圧縮機の吸込風量、前記圧縮機の吸込側の圧力および温度、並びに、前記圧縮機の吐出側の圧力および温度に基づき前記標準電流値を算出することを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the electric compressor described above, the control means includes an operation frequency command instructed to the inverter, a voltage-frequency characteristic of the inverter, a suction air volume of the compressor, and a suction of the compressor. The standard current value is calculated based on the pressure and temperature on the discharge side and the pressure and temperature on the discharge side of the compressor.
標準電流値の算出に用いる諸量が熱源機の運転制御に用いられている諸量であることから、本発明を適用するための新たなハードウェア追加は不要であり、本発明によれば、装置コストの増大を招くことなく、旋回失速をより確実に判断し得る電動圧縮機を実現することができる。 Since various quantities used for calculation of the standard current value are various quantities used for operation control of the heat source machine, new hardware addition for applying the present invention is unnecessary, and according to the present invention, It is possible to realize an electric compressor that can more reliably determine the turning stall without increasing the device cost.
また、本発明は、上記記載の電動圧縮機において、前記制御手段は、前記検出された電流値が前記標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、当該電動圧縮機がサージング状態であると判断することを特徴とする。 Further, the present invention provides the electric compressor described above, wherein the control means is configured to detect fluctuations in the current value in which the detected current value is a value outside a predetermined range centered on the standard current value. A fluctuation cycle is obtained, and when the fluctuation cycle exceeds a cycle threshold, it is determined that the electric compressor is in a surging state.
本発明によれば、電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。また、同様の判断手法に基づいて旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断することができ、異常検知シーケンスがより分かり易いという効果をも奏する。 According to the present invention, since the surging state is determined when the fluctuation amplitude of the current value exceeds the amplitude threshold and the fluctuation period exceeds the period threshold, surging can be more reliably determined. Further, it is possible to determine whether the vehicle is in a turning stall state or a surging state based on the same determination method, and the effect that the abnormality detection sequence is easier to understand is also achieved.
本発明に係る熱源機は、電動圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えた冷凍サイクルと、制御手段と、を有する熱源機であって、前記電動圧縮機は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機を周波数制御して駆動するインバータと、を備え、前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、前記電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする。 A heat source device according to the present invention is a heat source device having an electric compressor, a condenser, a refrigeration cycle including an expansion valve and an evaporator, and a control means, wherein the electric compressor includes the compressor, An electric motor that drives the compressor; and an inverter that drives the electric motor by controlling the frequency thereof, and the control means calculates a standard current value based on an operation frequency command instructed to the inverter, and the standard current It is determined whether or not the electric compressor is in a rotating stall state by comparing the value with a current value detected by a current detecting means of the inverter.
本発明によれば、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動(即ち、変動振幅や変動周期)を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、インバータ側での電動機の駆動電流検出はインバータ制御に供するためのもので新たに追加される構成要素ではなく、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。 According to the present invention, the fluctuation of the current value (that is, fluctuation amplitude and fluctuation period) is detected by comparison with a standard current value that is constant unless the operation frequency command is changed. A change in value can be detected, and a turning stall with a relatively small fluctuation amplitude can be determined more reliably. In addition, the drive current detection of the motor on the inverter side is for inverter control and is not a newly added component, and no additional hardware is required to apply the present invention. It does not lead to an increase of.
また、本発明は、上記記載の熱源機において、前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令、前記インバータの電圧−周波数特性、前記圧縮機の吸込風量、前記圧縮機の吸込側の圧力および温度、並びに、前記圧縮機の吐出側の圧力および温度に基づき前記標準電流値を算出することを特徴とする。 Further, the present invention provides the heat source unit as described above, wherein the control means instructs an operation frequency command to be directed to the inverter, a voltage-frequency characteristic of the inverter, an intake air amount of the compressor, an intake side of the compressor The standard current value is calculated based on the pressure and temperature of the compressor and the pressure and temperature on the discharge side of the compressor.
標準電流値の算出に用いる諸量は、熱源機の運転制御に用いられている諸量であることから、本発明を適用するための新たなハードウェア追加は不要であり、本発明によれば、装置コストの増大を招くことなく、旋回失速をより確実に判断し得る熱源機を実現することができる。 Since the various quantities used for the calculation of the standard current value are various quantities used for the operation control of the heat source machine, it is not necessary to add new hardware for applying the present invention. Thus, it is possible to realize a heat source apparatus that can more reliably determine the turning stall without increasing the device cost.
また、本発明は、上記記載の熱源機において、前記制御手段は、前記電動圧縮機が旋回失速状態であると判断したとき、前記運転周波数指令の変更、前記膨張弁の開度の変更、前記凝縮器または前記蒸発器から外部負荷へ供給される冷熱媒または温熱媒の流量の変更、或いは、前記圧縮機の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管に配置されたホットガスバイパス弁の開度の変更を行うことを特徴とする。 Further, the present invention provides the heat source unit as described above, wherein when the control unit determines that the electric compressor is in a rotating stall state, the operation frequency command is changed, the expansion valve opening is changed, Changed in the flow rate of the cooling or heating medium supplied to the external load from the condenser or the evaporator, or arranged in a hot gas bypass pipe for leading a part of the refrigerant on the discharge side of the compressor to the suction side The opening degree of the hot gas bypass valve is changed.
例えば、これら4種の変更制御の何れか1種、または2種乃至4種の組み合わせを段階的に行うことにより、効率良く旋回失速状態から回避することが可能となる。
なお、典型的には、冷熱媒としては冷水、温熱媒としては温水が用いられる。
For example, any one of these four types of change control, or a combination of two to four types can be performed stepwise to efficiently avoid the turning stall state.
Typically, cold water is used as the cold medium, and hot water is used as the hot medium.
また、本発明は、上記記載の熱源機において、前記制御手段は、前記検出された電流値が前記標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、前記電動圧縮機がサージング状態であると判断し、前記運転周波数指令の変更、前記膨張弁の開度の変更、前記凝縮器または前記蒸発器から外部負荷へ供給される冷熱媒または温熱媒の流量の変更、或いは、前記圧縮機の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管に配置されたホットガスバイパス弁の開度の変更を行うことを特徴とする。 Further, the present invention provides the heat source apparatus according to the above, wherein the control means is configured to change the detected current value that is out of a predetermined range centered on the standard current value. A cycle is obtained, and when the fluctuation cycle exceeds a cycle threshold, it is determined that the electric compressor is in a surging state, the operation frequency command is changed, the expansion valve is changed, the condenser or the evaporation Of a hot gas bypass valve disposed in a hot gas bypass pipe for guiding a part of the refrigerant on the discharge side of the compressor to the suction side, or changing the flow rate of the cooling medium or the heating medium supplied to the external load from the compressor The opening degree is changed.
本発明によれば、電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。また、同様の判断手法に基づいて旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断することができ、異常検知シーケンスがより分かり易いという効果をも奏する。また、4種の変更制御の何れか1種、または2種乃至4種の組み合わせを段階的に行うことにより、効率良くサージング状態から回避することが可能となる。
なお、典型的には、冷熱媒としては冷水、温熱媒としては温水が用いられる。
According to the present invention, since the surging state is determined when the fluctuation amplitude of the current value exceeds the amplitude threshold and the fluctuation period exceeds the period threshold, surging can be more reliably determined. Further, it is possible to determine whether the vehicle is in a turning stall state or a surging state based on the same determination method, and the effect that the abnormality detection sequence is easier to understand is also achieved. Further, any one of the four types of change control, or a combination of two to four types can be performed stepwise to efficiently avoid the surging state.
Typically, cold water is used as the cold medium, and hot water is used as the hot medium.
本発明に係る熱源機の制御方法は、電動圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備えた冷凍サイクルと、制御手段と、を有する熱源機の制御方法であって、前記電動圧縮機は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機を周波数制御して駆動するインバータと、を備え、前記インバータに対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、前記電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする。 A control method for a heat source apparatus according to the present invention is a control method for a heat source apparatus having a refrigeration cycle including an electric compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator, and a control means, wherein the electric compressor A compressor, an electric motor that drives the compressor, and an inverter that drives the electric motor by controlling the frequency, and calculates a standard current value based on an operating frequency command that is instructed to the inverter. It is characterized in that it is determined whether or not the electric compressor is in a rotating stall state by comparing a current value with a current value detected by a current detecting means of the inverter.
本発明によれば、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動(即ち、変動振幅や変動周期)を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。 According to the present invention, the fluctuation of the current value (that is, fluctuation amplitude and fluctuation period) is detected by comparison with a standard current value that is constant unless the operation frequency command is changed. A change in value can be detected, and a turning stall with a relatively small fluctuation amplitude can be determined more reliably.
本発明によれば、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動を検知するので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。また、電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。さらにこれらの結果として、コスト増を招くことなく、旋回失速およびサージングをより確実に判断し得る電動圧縮機、熱源機およびその制御方法を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since the fluctuation of the current value is detected by comparison with the standard current value that is a constant value unless the operation frequency command is changed, the fluctuation of the current value can be detected more accurately, and the fluctuation amplitude A relatively small turning stall can be determined more reliably. Further, since new hardware addition for applying the present invention is unnecessary, the apparatus cost does not increase. Further, since the surging state is determined when the fluctuation amplitude of the current value exceeds the amplitude threshold and the fluctuation period exceeds the period threshold, surging can be more reliably determined. Furthermore, as a result of these, there is an effect that it is possible to realize an electric compressor, a heat source unit, and a control method thereof that can more reliably determine the rotation stall and the surging without increasing the cost.
以下、本発明の電動圧縮機、熱源機およびその制御方法の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態では、本発明の電動圧縮機、熱源機およびその制御方法をターボ冷凍機に適用して説明を行うが、これに限定されることなく、本発明の電動圧縮機は、インバータと、該インバータの周波数制御により駆動される電動機と、を備えた構成の電動圧縮機であれば適用可能であり、また、本発明の熱源機およびその制御方法は、インバータと、該インバータの周波数制御により駆動される電動機と、を備えた電動圧縮機を有する構成の熱源機であれば適用可能である。 Hereinafter, embodiments of an electric compressor, a heat source device, and a control method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment, the electric compressor, the heat source apparatus, and the control method thereof according to the present invention are applied to a turbo chiller. However, the present invention is not limited thereto, and the electric compressor according to the present invention includes an inverter, The electric compressor driven by frequency control of the inverter is applicable, and the heat source machine and the control method thereof according to the present invention can be applied to the inverter and frequency control of the inverter. Any heat source device having a configuration including an electric compressor provided with an electric motor driven by the above can be applied.
図1は本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機(熱源機)の構成図である。
同図において、本実施形態のターボ冷凍機1は、ガス冷媒を圧縮する遠心圧縮機(以下、圧縮機という)3と、該圧縮機3によって圧縮された高圧ガス冷媒を凝縮する水熱交換器5と、該水熱交換器5において凝縮した高圧液冷媒を膨張させる膨張弁7と、該膨張弁7によって膨張した低圧液冷媒を気化させる空気熱交換器9と、を備えた冷凍サイクルと、制御装置(制御手段)15と、を備えている。なお、特許請求の範囲にいう電動圧縮機は、圧縮機3、電動機11およびインバータ17を備えた構成である。
同図では、ヒートポンプ運転によって温水を出力する暖房運転が一例として示されているが、本発明はこれに限定されず、図1に示した水熱交換器5が蒸発器となり、図1に示した空気熱交換器9が凝縮器となって冷水を出力する冷房運転においても本発明は適用できる。
FIG. 1 is a configuration diagram of a turbo refrigerator (heat source machine) according to an embodiment of the present invention.
In the figure, a
In the figure, although the heating operation which outputs warm water by heat pump operation is shown as an example, this invention is not limited to this, The
圧縮機3は、電動機11によって回転駆動される遠心羽根車(ターボ圧縮部)を備えている。圧縮機3の冷媒入口には、冷媒流量を調節する入口ベーン13が設けられており、この入口ベーン13の開度は制御装置15によって制御される。また、圧縮機3の吸入側には、圧縮機吸入温度T2を検知する圧縮機吸入温度センサ36と、圧縮機吸入圧力P2を検知する圧縮機吸入圧力センサ37とが設置されている。また、圧縮機3の吐出側には、圧縮機吐出温度T3を検知する圧縮機吐出温度センサ38と、圧縮機吐出圧力P3を検知する圧縮機吐出圧力センサ39とが設置されている。なお、圧縮機吸入温度センサ36、圧縮機吸入圧力センサ37、圧縮機吐出温度センサ38および圧縮機吐出圧力センサ39の各センサ信号は制御装置15に供される。
The
また、電動機11はインバータ17の周波数制御により駆動され、電動機11の回転数が制御されるが、その運転周波数は制御装置15からの運転周波数指令で指示される。ここで、インバータ17には、半導体スイッチング素子の他に、該半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御するPWM信号を生成するためのインバータ制御回路や、駆動電流検出回路(V/f制御方式またはベクトル制御方式のインバータ制御に必要となる)等も含まれる。
Further, the
次に、水熱交換器5には、水熱交換器5内の凝縮圧力Pcを計測する圧力センサ30が設置されている。この圧力センサ30によるセンサ信号は制御装置15に供される。また、水熱交換器5には、水熱交換器5内の冷媒と熱交換して冷温水を得る冷温水取得手段21が設けられている。冷温水取得手段21には、図示しない空調機やファンコイル等の外部負荷が接続されており、この外部負荷に対して温熱または冷熱が供給される。
冷温水取得手段21の冷温水出口には冷温水出口温度センサ31が設置されており、冷温水出口温度センサ31のセンサ信号は制御装置15に供される。また、水熱交換器5の上流側には、水熱交換器5内へ流入する冷温水の流量qcを検知する流量センサ35と、水熱交換器5内へ流入する冷温水の入口温度T0を検知する冷温水入口温度センサ34とが設置されている。これら冷温水入口温度センサ34および流量センサ35の各センサ信号は制御装置15に供される。なお、本明細書において冷温水とは、図1に示したヒートポンプ運転による暖房運転時には温水(温熱媒)を意味し、図示しないが図1の水熱交換器5が蒸発器となり図1の空気熱交換器9が凝縮器となる冷房運転時には冷水(冷熱媒)を意味する。
Next, the
A cold / hot water
膨張弁7は制御装置15により弁開度が制御される。
また、水熱交換器5と後述するアキュムレータ10との間には、ホットガスバイパス配管(HGBP配管)24が設けられている。このHGBP配管24によって、水熱交換器5内にある高圧冷媒ガスがアキュムレータ10へと流されるようになっている。HGBP配管24には、ホットガスバイパス弁(HGBP弁)25が設けられている。制御装置15による該HGBP弁25の開度調整によって、HGBP配管24内を流れる冷媒流量が調整され、低冷凍能力時の圧縮機3への吸込冷媒ガス流量が確保される。
The opening degree of the expansion valve 7 is controlled by the
A hot gas bypass pipe (HGBP pipe) 24 is provided between the
次に、空気熱交換器9には、空気熱交換器9内の蒸発圧力を計測する圧力センサが設置されている。この圧力センサのセンサ信号は制御装置15に供される。また、空気熱交換器9は、図1に示したヒートポンプ運転による暖房時には外気から熱を汲み上げ、図示しない凝縮器となる冷房運転時には外気へと排熱する。
空気熱交換器9の近傍には、空気熱交換器9から流出した冷媒から液相を分離し、このように分離された液相を貯留するアキュムレータ10が設けられている。
Next, the
In the vicinity of the
次に、制御装置15は、回転数制御部41と、標準電流値算出部44および周期判定部45を備えた判定部42と、回避制御部43と、を備えている。なお、制御装置15はMPUやDSP等のプロセッサで実現され、制御装置15が備えるこれら各構成要素は、該プロセッサ上で実行されるプログラムの機能的まとまりとして具現されるものである。
Next, the
制御装置15は、ターボ冷凍機1を構成する各部における状態量(上述した各種センサから供される各種センサ信号)や設定パラメータ等に基づいて、ターボ冷凍機1の起動制御、通常運転制御、停止制御、異常状態回避制御等を行う。
The
回転数制御部41は、冷温水入口温度T0、冷温水出口温度T1および冷温水流量qcに基づき冷温水負荷を算出し、該冷温水負荷に対応した冷媒流量と、圧縮機吸入圧力P2および圧縮機吐出圧力P3の差に対応したヘッドを得るために必要な電動圧縮機のインバータ周波数を決定し、これを運転周波数指令としてインバータ17に対し指示する。
The rotation
また、判定部42は、標準電流値算出部44によりインバータ17に対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、圧縮機3が旋回失速状態であるか否かを判断する。また、周期判定部43により、検出された電流値が標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるか否かで圧縮機3が旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断する。
The
標準電流値算出部44において、標準電流値Iは次式により算出される。
(数1)
I=ρ×Q×(hd−hs)×ηi×ηm/V(f) … (1)
ここで、ρは圧縮機吸込冷媒密度であり、圧縮機吸込圧力P2および圧縮機吸込温度T2に基づき求められる。またQは圧縮機吸込風量であり、羽根車外径D[m]、流量係数φおよび羽根車回転数N[rps]から求められる。また、hsおよびhdはそれぞれ圧縮機吸込エンタルピおよび圧縮機吐出エンタルピであり、圧縮機吸込エンタルピhsは圧縮機吸込圧力P2および圧縮機吸込温度T2に基づき、圧縮機吐出エンタルピhdは圧縮機吐出圧力P3および圧縮機吐出温度T3に基づきそれぞれ求められる。また、ηiおよびηmはそれぞれインバータ効率および電動機効率であり、予めパラメータとして設定されている。さらに、V(f)はインバータ電圧であり、インバータに対して指示する運転周波数指令fおよびインバータ17の電圧−周波数特性(V/f)により求められる。
In the standard current
(Equation 1)
I = ρ × Q × (hd−hs) × ηi × ηm / V (f) (1)
Here, ρ is the compressor suction refrigerant density, and is obtained based on the compressor suction pressure P2 and the compressor suction temperature T2. Q is the compressor intake air volume, and is determined from the impeller outer diameter D [m], the flow coefficient φ, and the impeller rotational speed N [rps]. Further, hs and hd are a compressor suction enthalpy and a compressor discharge enthalpy, respectively. The compressor suction enthalpy hs is based on the compressor suction pressure P2 and the compressor suction temperature T2, and the compressor discharge enthalpy hd is the compressor discharge pressure P3. And the compressor discharge temperature T3. Ηi and ηm are inverter efficiency and motor efficiency, respectively, and are set in advance as parameters. Further, V (f) is an inverter voltage, and is obtained from an operation frequency command f instructed to the inverter and a voltage-frequency characteristic (V / f) of the
なお、(1)式は、圧縮機必要動力PがP=ρ×Q×(hd−hs)×ηi×ηmとして算出できること、そして他方で、電力Pがインバータ電流Iとインバータ電圧V(f)の積(P=V(f)×I)であること、の2つの関係式から導かれる。 The equation (1) indicates that the required power P of the compressor can be calculated as P = ρ × Q × (hd−hs) × ηi × ηm, and on the other hand, the power P is the inverter current I and the inverter voltage V (f). It is derived from the following two relational expressions: (P = V (f) × I).
また、判定部42における旋回失速の判断は、次のようにして行われる。すなわち、インバータ17側では、駆動電流検出回路によりインバータ制御に必要な駆動電流の検出が所定周期で行われているが、そのサンプリングデータをそのままインバータ17から取得し、取得した電流値が標準電流値Iの±5[%]の範囲を外れたか否かで判断する。つまり、電流値が標準電流値Iの±5[%]の範囲を外れていれば圧縮機3が旋回失速状態であると判定する。
The determination of the turning stall in the
また、判定部42において、旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかの判断を電流値の変動周期に基づき行うが、これは、サージング状態にあるときの電流値の変動振幅および変動周期が旋回失速状態にあるときの電流値の変動振幅および変動周期よりもそれぞれ大きいという性質を利用したものである。変動周期について具体的に説明すると、旋回失速状態にあるときの電流値の変動は、羽根車回転数Nの係数k(=0.06〜1.25)倍の周波数になることが知られている。つまり、失速した部分(1〜5個)が羽根車に対し相対的に反対方向に移動することによるものである。例えば、電動機11と圧縮機3の間に設置される増速機のギア比が6で、インバータ周波数が60[Hz]の場合に、係数k=0.06とすると、60×6×0.06=21.6[Hz]の振動周波数となり、変動周期は46.3[msec]となる。これに対してサージング状態にあるときの電流値の変動周期は数[sec]である。
The
したがって、予め旋回失速状態にあるときの電流値の変動周期(理論値)を算出してそれよりも大きな値を周期閾値として設定しておけば良い。なお、後述のように、旋回失速状態またはサージング状態の何れかの判断に応じて異常状態回避制御の内容が切り替わるので、これら異常状態回避制御の内容も考慮に入れて周期閾値を設定するのが望ましい。 Therefore, the fluctuation cycle (theoretical value) of the current value when the vehicle is in the stalling stall state is calculated in advance, and a larger value may be set as the cycle threshold value. As will be described later, since the contents of the abnormal state avoidance control are switched according to the determination of either the turning stall state or the surging state, the period threshold value may be set in consideration of the contents of the abnormal state avoidance control. desirable.
また、周期判定部43において、電流値の変動周期(実測値)は、例えば次のようにして求められる。すなわち、標準電流値Iとインバータ17からした電流値との差分を求め、該差分の時系列データについてゼロクロス検出を行い、ゼロクロス点からその直後のゼロクロス点までの時間差を求めることで、電流値の変動周期を測定することができる。
Moreover, in the
なお、突発的な電流値の変動で振動特性を持たないケースでは電流値の変動周期を測定することができない。このようなケースとしては、例えば、電流値の変動がトリガー形状またはステップ形状の特性を持つケースが考えられるが、トリガー形状の特性の場合には直ぐに元の正常な状態に戻っていることから何ら対処の必要はなく、また、ステップ形状の特性の場合には別の要因による異常状態であるから、その対処は別要因による異常状態の検出・回避制御シーケンスに委ねることとすればよい。つまり、周期判定部43において電流値の変動周期が測定できない場合には、ステップ形状特性を持つか否かを判断して、ステップ形状特性でなければ通常運転制御に戻り、ステップ形状特性であれば別の異常状態検出・回避制御シーケンスに移行するようにすれば良い。
In the case where there is no vibration characteristic due to sudden fluctuations in the current value, the fluctuation cycle of the current value cannot be measured. As such a case, for example, a case where the fluctuation of the current value has a trigger-shaped or step-shaped characteristic is considered, but in the case of the trigger-shaped characteristic, the normal state is immediately returned to the normal state. There is no need for countermeasures, and in the case of the step shape characteristic, the abnormal state is caused by another factor. Therefore, the countermeasure should be left to the abnormal state detection / avoidance control sequence caused by another factor. In other words, if the cycle of the current value cannot be measured by the
以上説明した異常状態の判断条件をまとめると、電流値が標準電流値Iの±5[%]の範囲を外れ、且つ電流値の変動周期が周期閾値を下回るときに圧縮機3が旋回失速状態であると判定され、電流値が標準電流値Iの±5[%]の範囲を外れ、且つ電流値の変動周期が周期閾値を上回るときに圧縮機3がサージング状態であると判定されることとなる。
Summarizing the determination conditions for the abnormal state described above, when the current value is out of the range of ± 5 [%] of the standard current value I and the fluctuation cycle of the current value is below the periodic threshold, the
上述のように、電流値の変動振幅についても、旋回失速状態にあるときよりもサージング状態にあるときの方が大きいので、例えば、電流値が標準電流値Iの±10[%]の範囲を外れ、且つ電流値の変動周期が周期閾値を上回るときに圧縮機3がサージング状態であると判定するようにしても良い。この場合、電流値が標準電流値Iの±5[%]〜±10[%]の範囲であって、且つ電流値の変動周期が周期閾値を下回るときは、圧縮機3が旋回失速状態であると判定する。
As described above, since the fluctuation amplitude of the current value is larger in the surging state than in the turning stall state, for example, the current value has a range of ± 10 [%] of the standard current value I. It may be determined that the
また、サンプリングデータに基づき電流値の変動周期を求めるには少なくとも一定期間が必要であり、その一定期間の間は旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかの判断ができず、異常状態回避制御に移行できないこととなる。これに対処する手法として、例えば、2段階の周期閾値(即ち、第1周期閾値および第2周期閾値;第1周期閾値<第2周期閾値)を判断条件に用いることとしても良い。 In addition, at least a certain period is required to obtain the fluctuation period of the current value based on the sampling data, and it is not possible to determine whether the vehicle is stalling stalled or surging during the certain period. It will not be possible to move to. As a method for dealing with this, for example, a two-stage cycle threshold (that is, a first cycle threshold and a second cycle threshold; first cycle threshold <second cycle threshold) may be used as a determination condition.
つまり、第1一定期間毎に電流値の変動周期(実測値)を第1周期閾値と比較して、電流値の変動周期(実測値)が第1周期閾値を上回ればサージング状態ではなく旋回失速状態であると判断し、またこれと並行して、第2一定期間(第2一定期間>第1一定期間)毎に電流値の変動周期(実測値)を第2周期閾値と比較して、電流値の変動周期(実測値)が第2周期閾値を上回ればサージング状態であると判断するものである。このような周期閾値の段階的設定により、異常状態回避制御に移行できない期間をより短くすることができる。 That is, the fluctuation cycle (actual value) of the current value is compared with the first cycle threshold value for each first fixed period, and if the fluctuation cycle (actual value) of the current value exceeds the first cycle threshold value, the vehicle is not in the surging state but is turned. In parallel with this, the fluctuation period (actually measured value) of the current value is compared with the second period threshold value every second constant period (second constant period> first constant period). If the fluctuation cycle (actual value) of the current value exceeds the second cycle threshold value, it is determined that the surging state is established. By such stepwise setting of the cycle threshold, it is possible to further shorten the period during which the shift to the abnormal state avoidance control is not possible.
次に、回避制御部43による異常状態回避制御について説明する。判定部42により圧縮機3が旋回失速状態であると判定されたとき、回避制御部43は、次の4種の回避制御の何れか1種、または2種乃至4種の組み合わせを段階的に行う。すなわち、(1)運転周波数指令のインバータ周波数を増加する。(2)膨張弁7の開度を増加する。(3)ホットガスバイパス弁の開度を増加する。(4)冷温水の流量を増加する。ここでいう段階的とは、所定刻み単位の変更量を加えて(或いは、所定刻み単位の変更率を掛けて)、その都度、旋回失速状態であるか否かの判断を行い、旋回失速状態でなければその運転条件での運転を継続し、旋回失速状態であればさらに変更を行うというものである。
Next, the abnormal state avoidance control by the
また、判定部42により圧縮機3がサージング状態であると判定されたとき、回避制御部43は、上記4種の回避制御の何れか1種、または2種乃至4種の組み合わせを段階的に行う。但し、変更量(または変更率)の刻み単位は、旋回失速回避制御よりもサージング回避制御の方がより大きい値となる。
Further, when the
次に、以上説明した各構成要素を備えた熱源機における制御方法について、図2に示すフローチャートに沿って説明する。 Next, the control method in the heat source apparatus provided with each component demonstrated above is demonstrated along the flowchart shown in FIG.
まず、制御装置15の回転数制御部41により、電動圧縮機のインバータ周波数を決定し、これを運転周波数指令としてインバータ17に対し指示し(ステップS101)、制御装置15による通常運転制御を行う(ステップS102)。
First, the rotation
また、通常運転制御に入ると直ぐに標準電流値算出部44により、運転周波数指令に基づく標準電流値Iを算出する(ステップS103)。また、逐次インバータ17から送られてくる駆動電流検出回路により検出した駆動電流値を取得し(ステップS104)、取得した電流値が標準電流値Iの±5[%]の範囲を外れているか否かを判断する(ステップS105)。取得した電流値が標準電流値Iの±5[%]の範囲内にあればステップS102(通常運転制御)に戻り、また、取得した電流値が標準電流値Iの±5[%]の範囲を外れていればステップS106に進む。
Further, as soon as the normal operation control is entered, the standard current
ステップS106では、周期判定部43により一定期間のサンプリングデータに基づき電流値の変動周期(実測値)を求め、電流値の変動周期が周期閾値を下回るときには圧縮機3が旋回失速状態であると判定し、電流値の変動周期が周期閾値を上回るときには圧縮機3がサージング状態であると判定する。
In step S106, the
旋回失速状態であると判定したときには、ステップS107に進んで回避制御部43による異常状態回避制御を実行する。具体的には、(1)運転周波数指令のインバータ周波数の増加、(2)膨張弁7の開度の増加、(3)ホットガスバイパス弁の開度の増加、(4)冷温水の流量の増加であり、これら4種の回避制御の何れか1種、または2種乃至4種の組み合わせを段階的に行う。
When it is determined that the vehicle is in a turning stall state, the process proceeds to step S107 and abnormal state avoidance control by the
また、ステップS106でサージング状態であると判定したときには、ステップS108に進んで回避制御部43による異常状態回避制御を実行する。具体的には、(1)運転周波数指令のインバータ周波数の増加、(2)膨張弁7の開度の増加、(3)ホットガスバイパス弁の開度の増加、(4)冷温水の流量の増加であり、これら4種の回避制御の何れか1種、または2種乃至4種の組み合わせを段階的に行う。但し、変更量(または変更率)の刻み単位を、旋回失速回避制御のときよりも大きい値として行う。
If it is determined in step S106 that the state is the surging state, the process proceeds to step S108, and abnormal state avoidance control by the
以上説明したように、本実施形態の電動圧縮機では、インバータ17の周波数制御により駆動される電動機11と、インバータ17に運転周波数指令を指示する制御装置15と、を備えて、制御装置15は運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、またインバータ17側で検出した電動機11の駆動電流を取り込んで、標準電流値との比較により当該電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断する。このように、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動(即ち、変動振幅や変動周期)を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、インバータ17側での電動機11の駆動電流検出はインバータ制御に供するためのもので新たに追加される構成要素ではなく、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。
As described above, the electric compressor according to the present embodiment includes the
また、本実施形態の電動圧縮機では、制御装置15により、検出された電流値が標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、電動圧縮機がサージング状態であると判断する。このように電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。また、同様の判断手法に基づいて旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断することができ、異常検知シーケンスがより分かり易いという効果をも奏する。
Further, in the electric compressor of the present embodiment, the
また、本実施形態の熱源機(ターボ冷凍機1)およびその制御方法では、電動圧縮機、凝縮器(図1の場合では水熱交換器5)、膨張弁7および蒸発器(図1の場合では空気熱交換器9)を備えた冷凍サイクルと、制御装置15と、を有する熱源機において、電動圧縮機を、圧縮機3と、圧縮機3を駆動する電動機11と、電動機11を周波数制御して駆動するインバータ17と、を備えた構成とし、制御装置15の判定部42により、運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、またインバータ17側で検出した電動機11の駆動電流を取り込んで、標準電流値との比較により圧縮機3が旋回失速状態であるか否かを判断する。このように、運転周波数指令が変更されない限りにおいて一定値となる標準電流値との比較によって電流値の変動(即ち、変動振幅や変動周期)を検知することとしたので、より正確に電流値の変動を検知することができ、変動振幅が相対的に小さい旋回失速をより確実に判断することができる。また、インバータ17側での電動機11の駆動電流検出はインバータ制御に供するためのもので新たに追加される構成要素ではなく、本発明を適用するための新たなハードウェア追加が不要であるため、装置コストの増大を招くこともない。
Further, in the heat source machine (turbo refrigerator 1) and the control method thereof according to the present embodiment, the electric compressor, the condenser (the
また、本実施形態の熱源機(ターボ冷凍機1)およびその制御方法では、制御装置15の標準電流値算出部44において、インバータ17に対して指示する運転周波数指令、インバータ17の電圧−周波数特性、圧縮機3の吸込風量、圧縮機3の吸込側の圧力および温度、並びに、圧縮機3の吐出側の圧力および温度に基づき標準電流値を算出する。これら標準電流値の算出に用いる諸量は、熱源機の運転制御に用いられている諸量であることから、本発明を適用するための新たなハードウェア追加は不要であり、装置コストの増大を招くことなく、旋回失速をより確実に判断し得る熱源機およびその制御方法を実現することができる。
In the heat source machine (turbo refrigerator 1) and the control method thereof according to the present embodiment, the standard current
また、本実施形態の熱源機(ターボ冷凍機1)およびその制御方法では、圧縮機3が旋回失速状態であると判断したとき、制御装置15の回避制御部43により、運転周波数指令の変更、膨張弁7の開度の変更、或いは、圧縮機3の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管24に配置されたホットガスバイパス弁25の開度の変更、冷温水の流量の変更を行う。例えば、これら4種の回避制御の何れか1種、または2種乃至4種の組み合わせを段階的に行うことにより、効率良く旋回失速状態から回避することが可能となる。
In the heat source machine (turbo refrigerator 1) and the control method thereof according to the present embodiment, when the
また、本実施形態の熱源機(ターボ冷凍機1)およびその制御方法では、制御装置15により、検出された電流値が標準電流値を中心とする所定範囲を外れた値となる該電流値の変動について、その変動周期を求め、該変動周期が周期閾値を超えるときに、圧縮機3がサージング状態であると判断する。このように電流値の変動振幅が振幅閾値を超え、且つ変動周期が周期閾値を超えるときにサージング状態であると判断するので、サージングをより確実に判断することができる。また、同様の判断手法に基づいて旋回失速状態またはサージング状態の何れであるかを判断することができ、異常検知シーケンスがより分かり易いという効果をも奏する。
Further, in the heat source machine (turbo refrigerator 1) and the control method thereof according to the present embodiment, the current value detected by the
また、本実施形態の熱源機(ターボ冷凍機1)およびその制御方法では、圧縮機3がサージング状態であると判断したとき、制御装置15の回避制御部43により、運転周波数指令の変更、膨張弁7の開度の変更、或いは、圧縮機3の吐出側の冷媒の一部を吸込側へと導くホットガスバイパス管24に配置されたホットガスバイパス弁25の開度の変更、冷温水の流量の変更を行う。例えば、これら4種の回避制御の何れか1種、または2種乃至4種の組み合わせを段階的に行うことにより、効率良くサージング状態から回避することが可能となる。
In the heat source machine (turbo refrigerator 1) and the control method thereof according to the present embodiment, when the
1 ターボ冷凍機(熱源機)
3 圧縮機
5 水熱交換器(凝縮器)
7 膨張弁
9 空気熱交換器(蒸発器)
11 電動機
13 入口ベーン
15 制御装置
17 インバータ
19 電源
21 冷温水取得手段
24 ホットガスバイパス配管(HGBP配管)
25 ホットガスバイパス弁(HGBP弁)
30,37,39 圧力センサ
31,34,36,38 冷温水出口温度センサ
35 流量センサ
41 回転数制御部
42 判定部
43 回避制御部
44 標準電流値算出部
45 周期判定部
1 Turbo refrigerator (heat source machine)
3
7
DESCRIPTION OF
25 Hot gas bypass valve (HGBP valve)
30, 37, 39
Claims (8)
前記インバータは、前記電動機の駆動電流を検出する電流検出手段を有し、
前記制御手段は、前記運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記電流検出手段による電流値との比較により当該電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする電動圧縮機。 An electric compressor comprising: an inverter; an electric motor driven by frequency control of the inverter; and a control means for instructing an operating frequency command to the inverter,
The inverter has current detection means for detecting a drive current of the electric motor,
The control means calculates a standard current value based on the operation frequency command, and determines whether or not the electric compressor is in a rotating stall state by comparing the standard current value with a current value by the current detection means. An electric compressor characterized by that.
前記電動圧縮機は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機を周波数制御して駆動するインバータと、を備え、
前記制御手段は、前記インバータに対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、前記電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする熱源機。 A heat source machine having an electric compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator, and a control means,
The electric compressor includes a compressor, an electric motor that drives the compressor, and an inverter that drives the electric motor by frequency control,
The control means calculates a standard current value based on an operation frequency command instructed to the inverter, and compares the standard current value with a current value detected by a current detection means possessed by the inverter. It is judged whether or not is in a turning stall state.
前記電動圧縮機は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動機と、前記電動機を周波数制御して駆動するインバータと、を備え、
前記インバータに対して指示する運転周波数指令に基づく標準電流値を算出し、該標準電流値と前記インバータが持つ電流検出手段により検出した電流値との比較により、前記電動圧縮機が旋回失速状態であるか否かを判断することを特徴とする熱源機の制御方法。 A control method for a heat source device, comprising a refrigeration cycle including an electric compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator, and a control means,
The electric compressor includes a compressor, an electric motor that drives the compressor, and an inverter that drives the electric motor by frequency control,
A standard current value based on an operation frequency command instructed to the inverter is calculated, and the electric compressor is in a rotating stall state by comparing the standard current value with a current value detected by a current detection means of the inverter. A method of controlling a heat source machine, characterized by determining whether or not there is.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130806 |